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  • Gli scienziati creano grafene modellato sul cibo, carta, stoffa, cartone

    Il grafene indotto dal laser è un'aggiunta altamente conduttiva a un pezzo di pane. Un laboratorio della Rice University sta usando un laser industriale per scrivere modelli di grafene su oggetti di uso quotidiano, compreso il cibo, stoffa, cartone e legno. Credito:Jeff Fitlow/Rice University

    Gli scienziati della Rice University che hanno introdotto il grafene indotto dal laser (LIG) hanno migliorato la loro tecnica per produrre quella che potrebbe diventare una nuova classe di elettronica commestibile.

    Il laboratorio di riso del chimico James Tour, che una volta trasformava i biscotti delle Girl Scout in grafene, sta studiando modi per scrivere modelli di grafene su alimenti e altri materiali per incorporare rapidamente tag e sensori di identificazione conduttivi nei prodotti stessi.

    "Questo non è inchiostro, " Tour ha detto. "Questo è prendere il materiale stesso e convertirlo in grafene".

    Il processo è un'estensione della tesi del Tour lab secondo cui qualsiasi cosa con il contenuto di carbonio adeguato può essere trasformata in grafene. Negli ultimi anni, il laboratorio ha sviluppato e ampliato il suo metodo per produrre schiuma di grafene utilizzando un laser commerciale per trasformare lo strato superiore di un film polimerico economico.

    La schiuma è costituita da microscopici, fiocchi reticolati di grafene, la forma bidimensionale del carbonio. Il LIG può essere scritto nei materiali target in schemi e utilizzato come supercondensatore, un elettrocatalizzatore per celle a combustibile, antenne di identificazione a radiofrequenza (RFID) e sensori biologici, tra le altre potenziali applicazioni.

    Il nuovo lavoro riportato sulla rivista American Chemical Society ACS Nano dimostrato che il grafene indotto dal laser può essere bruciato nella carta, cartone, stoffa, carbone e alcuni alimenti, anche brindisi.

    "Molto spesso, non vediamo il vantaggio di qualcosa finché non lo rendiamo disponibile, "Ha detto Tour. "Forse tutto il cibo avrà un minuscolo tag RFID che ti darà informazioni su dove è stato, per quanto tempo è stato conservato, il suo paese e la sua città di origine e il percorso che ha fatto per arrivare alla tua tavola."

    Ha detto che i tag LIG potrebbero anche essere sensori che rilevano E. coli o altri microrganismi sul cibo. "Potrebbero accendersi e darti un segnale che non vuoi mangiare questo, " Tour ha detto. "Tutto ciò che potrebbe essere posizionato non su un tag separato sul cibo, ma sul cibo stesso."

    Più passaggi laser con un raggio sfocato hanno permesso ai ricercatori di scrivere modelli LIG in stoffa, carta, patate, gusci di cocco e sughero, così come il brindisi. (Il pane viene prima tostato per "carbonizzare" la superficie.) Il processo avviene in aria a temperatura ambiente.

    "In alcuni casi, il laser multiplo crea una reazione in due fasi, " Tour ha detto. "In primo luogo, il laser converte fototermicamente la superficie del bersaglio in carbonio amorfo. Quindi nei passaggi successivi del laser, l'assorbimento selettivo della luce infrarossa trasforma il carbonio amorfo in LIG. Abbiamo scoperto che la lunghezza d'onda è chiaramente importante".

    Un laboratorio della Rice University utilizza un laser per bruciare il grafene nella forma di un Rice Owl in un pezzo di stoffa pretrattato con ignifugo che trasforma la superficie in carbonio amorfo. La tecnica creata alla Rice consente di creare grafene indotto da laser conduttivo su molte superfici. Credito:Jeff Fitlow/Rice University

    I ricercatori si sono rivolti al laser multiplo e alla sfocatura quando hanno scoperto che il semplice aumento della potenza del laser non produceva grafene migliore su una noce di cocco o altri materiali organici. Ma la regolazione del processo ha permesso loro di creare un micro supercondensatore a forma di "R" di riso sulla loro pelle di cocco a doppia laminazione.

    La defocalizzazione del laser ha accelerato il processo per molti materiali poiché il raggio più ampio ha permesso a ogni punto su un bersaglio di essere laserato molte volte in una singola scansione raster. Ciò ha anche consentito un controllo accurato sul prodotto, Tour ha detto. La defocalizzazione ha permesso loro di trasformare la polieterimmide precedentemente inadatta in LIG.

    "Abbiamo anche scoperto che potevamo prendere pane o carta o stoffa e aggiungervi un agente ignifugo per promuovere la formazione di carbonio amorfo, ", ha detto Yieu Chyan, studente laureato alla Rice, co-autore dell'articolo. "Ora siamo in grado di prendere tutti questi materiali e convertirli direttamente in aria senza richiedere una scatola ad atmosfera controllata o metodi più complicati".

    Yieu Chyan, studente laureato alla Rice University, sinistra, e il professor James Tour. Credito:Jeff Fitlow/Rice University

    L'elemento comune di tutti i materiali presi di mira sembra essere la lignina, Tour ha detto. Uno studio precedente si basava sulla lignina, un complesso polimero organico che forma pareti cellulari rigide, come precursore del carbonio per bruciare LIG in legna essiccata al forno. Sughero, gusci di cocco e bucce di patate hanno un contenuto di lignina ancora più elevato, che ha reso più facile convertirli in grafene.

    Tour ha detto flessibile, l'elettronica indossabile potrebbe essere uno dei primi mercati per la tecnica. "Questo ha applicazioni per mettere tracce conduttive sui vestiti, se vuoi riscaldare l'abbigliamento o aggiungere un sensore o uno schema conduttivo, " Egli ha detto.


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